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Steuerschieber für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Die
selbrennkraftmaschine Die Erfindung betrifft einen Steuerschieber für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
einer Dieselbrennkraftmaschine, welcher zur wahlweisen Verbindung eines Brennstoff
einspritzventiles, das durch hydraulischen Steuerdruck einer Steuerdruckquelle betätigbar
ist, mit dieser Steuerdruckquelle oder mit einer Entlastungsleitung dient, wobei
der Steuerschieber einen in einem Gehäuse axial beweglichen Schieberkolben mit ringförmigen
Vorsprüngen aufweist, die mit im Gehäuse ausgebildeten Ausnehmungen mit Steuerkanten
zusammenwirken.
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Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung mit einem Brennstoffeinspritzventil,
das durch hydraulischen Steuerdruck betätigbar ist, ist z.B. aus den schweizerischen
Patentschriften
499.013 und 499.720 bekannt.
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Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung dieser bekannten Brennstoffeinspritzvorrichtungen
und hat insbesondere die Schaffung eines Steuerschiebers zum Ziel, welcher eine
rasche Umschaltung des Einspritzventiles von der Steuerdruckquelle auf die Entlastungsleitung,
und umgekehrt, ermöglicht, wobei die zum Betätigen des Steuerschiebers erforderlichen
Kräfte minimal sind. Insbesondere soll auf diese Weise eine elektromagnetische Betätigung
des Steuerschiebers und somit der Einspritzanlage an der Dieselbrennkraftmaschine
ermöglicht werden.
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Der erfindungsgemässe Steuerschieber, durch weichen dieses Ziel erreicht
wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberkolben ein Kolbenende aufweist,
das tauchko'-benartig in einen Zylinderraum eingetaucht ist, der über einen Drosselkanal
an die Steuerdruckquelle angeschlossen ist und aus dem ein Abflusskanal, der durch
ein Vorsteuerventil schliessbar ist, nach aussen in einen Raum mit niedrigerem Druck
führt, und dass der Steuerdruck der Steuerdruckquelle auf eine Ringfläche eines
der ringförmigen Vorsprünge einwirkt, die kleiner ist als die dem Druck ausgesetzte,
wirksame Druckfläche des Kolbenendes, wobei die auf die Ringfläche wirkende Druckkraft
der auf das Kolbenende wirkenden Druckkraft entgegengerichtet ist.
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Durch eine derartige Ausbildung des Steuerschiebers wird eine Servowirkung
erhalten, bei welcher der Schieberkolben durch den hydraulischen Druck der Steuerdruckquelle
bewegt wird. Zur Auslösung der Bewegung dient das Vorsteuerventil, das mit wesentlich
kleineren Kräften als der Schieberkolben bewegt werden kann.
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Dabei kann das Kolbenende derart ausgebiidet sein, dass es in seiner
Endstellung bei geöffnetemVorsteuerventil den Abfluss des hydraulischen Steuermediums
durch den Abflusskanal drosselt.Durch diese Massnahme wird ein metallischer Anschlag
des Schieberkolbens in seiner betreffenden Endstellung vermieden. Dadurch wird der
Steuerschieber gegen eine mechanische Abnützung geschützt.
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Es ist auch möglich, im Kolbenende des Schieberkolbens einen axialen
Kanal auszubilden, der in allen Stellungen des Schieberkolbens mit der Steuerdruckquelle
in Verbindung steht, und dass der Drosselkanal im Kolbenende ausgebildet ist und
vom axialen Kanal radial nach aussen führt, wobei der Drosselkanal in der anderen
Endstellung des Schieberkolbens durch eine Steuerkante des Zylinderraumes abschliessbar
ist. Durch diese Massnahme wird ein metallischer Anschlag des Schieberkolbens auch
in seiner anderen Endstellung vermieden, was ebenfalls zur-mechanischen
Schonung
des Steuerschiebers beiträgt.
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Schliesslich ist es bei allen diesen Ausführungsformen möglich, als
Vorsteuerventil ein elektromagnetisch be tätigbares Ventil zu verwenden. Dadurch
wird eine einfache Ausführungsform erhalten, die ausserdem bezüglich der Anforderungen
im Betrieb wie auch der konstruktiven Anordnung der einzelnen Steuerteile besonders
anpassungsfähig ist.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten
Ausführungsbeispieles erläutert.
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Es zeigt: Fig.1 ein Schema einernrennstoffeinspritzvorrichtung einer
Dieselbrennki'aftmaschine mit dem erfindungsgemässen Steuerschieber und Fig.2 den
Steuerschieber aus der Fig.1 in seiner anderen Endstellung.
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Die Fig.1 zeigt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung einer Dieselbrennkraftmaschine
mit einem Einspritzventil 1, das durch den Steuerdruck einer Steuerdruckquelle 2
betätigbar ist. Zwischen der Steuerdruckquelle 2 und dem Einspritsventil 1 ist ein
Steuerschieber 3 geschaltet, welcher eine das Einspritzventil 1 mit dem Steuerschieber
3 verbindende Steuerleitung 4 entweder an die Steuerdruckquelle 2 oder an eine Entlastungsleitung
5 anschliesst.
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Das Einspritzventil, das z.B. aus der CH-Patentschrift 499.013 bekannt
ist, enthält ein Gehäuse 6, in welchem eine Ventilnadel 7 beweglich ist, welche
die Strömung des Brennstoffes durch einen Kanal 8 zu Einspritzdüsen 10 steuert.
Ueber der Ventilnadel 10 ist in einer Zylinabohrung 11 ein Kolben 1 2 beweglich.
Der Zylinderraum 1 3 unter dem Kolben 12 ist an die Steuerleitung 4 angeschlossen.
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Vom über dem Kolben 12 befindlichen Raum 14 führt eine Entlüftungsleitung
15 nach aussen. Ueber dem Kolben 12 befindet sieh ein Kolben 16, auf dessen oberes
Ende 17 der Druck des von einer Hochdruckpumpe 18 gelieferten Brennstoffes ein1s
rkt. Die Hochdruckpumpe 18 steht mit dem Einspritzvent'l 1 durch eine Bremlstoffleitung
20 in Verbindung, die sich an den Brennstoffkanal 8 im Ventilgehäuse 6 aijschliesst.
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Ausserdem ist an die Brennstoffleitung 20 bzw. das Einspritzventil
1 ein Brennstoffspeicher 21 angeschlossen.
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Die Steuerdruckquelle 2 enthält eine Pumpe 22, der ein Druckregelventil
23 parallel geschaltet ist. Das Druckregelventil 23 bestimmt die Grösse des Steuerdruckes,
der zur Betätigung des Einspritzventiles 1 dient und durch eine Druckleitung 24
dem Steuerschieber 3 zugeführt wird.
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An die Druckleitung 24 ist ebenfalls ein Speicher 25 angeschlossen,
der die Aufgabe hat, einen Vorrat an hydraulischem Steuermedium für rasche Betätigungsvorgänge
auf zunehmen.
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Der Steuerschieber 3 enthält ein.gehäuse 25, in welchem ein Schieberkolben
26 axial beweglich ist. Der Schieberkolben 26 enthält ringförmige Vorsprünge 27
und 28, die mit Steuerkanten 30 und 31 von ringförmigen Ausnehmungen 32 und 33 zusammenwirken.
Die ringförmige Ausnehmung 33 steht mit der Steuerleitung 4 in Verbindung. Die ringförmige
Ausnehmung 32 ist an die Entlastungsleitung 5 angeschlossen, welche ein Druckregelventil
34 enthält, das die Aufgabe hat, in der Steuerleitung 4 einen minimalen Druck zur
Vermeidung von Kavitation, einen sogenannten Standdruck, einzuhalten. Auch in der
Entlastungsleitung 5 befindet sich ein Druckspeicher 35, welcher die Aufgabe hat,
in dieser Leitung betreffende Stösse abzuschwächen.
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Ein unterhalb des ringförmigen Vorsprunges 28 befindlicher ringförmiger
Zylinderraum 36 ist an die Druckleitung 24 der Steuerdruckquelle 2 angeschlossen.
Der innere Umfang des Ringraumes 36 wird durch einen Zapfen 37 begrenzt, der in
einer Bohrung des Gehäuses 3 dichtend geführt ist, an deren unteres Ende sich ein
Entlüftungskanal 38 anschliesst.
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Ueber dem ringförmigen Vorsprung 27 befindet sich ein Kolbenende
40 des Steuerschiebers 26. Das Kolbenende 40 ist in einen Zylinderraum 41 des Gehäuses
25 tauchkolbenartig elngetaucht. Vom Zylinderraum 41 führt ein Abflusskanal 42
nach
aussen, der an eine Entlastungsleitung 43 angeschlossen ist. Die Entlastungsleitung
43 führt z.B.in den Behälter 44 mit dem hydraulischen Steuermedium zurück.
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Der Abflusskanal 42 ist durch eine Ventilnadel 44 abschliessbar, die
mit dem Anker 45 eines Elektromagneten 46 verbuziden ist. Bei einer Erregung des
Elektromagneten 46 überwindet dessen magnetische Kraft die Kraft einer Feder 47
und bewegt die Ventilnadel 44 von ihrem Sitz, so dass eine Strömung durch den Abflusskanal
42 in die Entlastungsleitung 43 ermöglicht wird.
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Wie noch aus der Fig.1 ersichtlich ist, enthält das Kolbenende 40
einen axialen Kanal 48, der in allen Stellungen des Schieberkolbens 3 an die Druckleitung
24 der Steuerdruckquelle 2 angeschlossen ist. Vom axialen Kanal 48 führt ein Drosselkanal
50 radial nach aussen.
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Die Anordnung ist dabei so gewählt, dass in der Endstellung des Schieberkolbens
26, die in der Fig.1 dargestellt ist, eine Steuerkante 51 des Zylinderraumes 41
die Strömung des Steuermediums durch den Drosselkanal 50 drosselt bzw.
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sperrt.
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Die Mündung des Abflusskanales 42 befindet sich in einer ebenen Endfläche
52 des Zylinderraumes 41. Die Endfläche 52 ist mit einer Stirnfläche 53 des Kolbenendes
40 parallel. Diese Anordnung bewirkt , dass in der-oberen Endstellung
des
Schieberkolbens, die in der Fig.2 dargestellt ist, die Stirnfläche 53 des Kolbenendes
40 die Strömung des Steuermediums durch den in diesem Fall durch die Ventilnadel
44 geöffneten Abflusskanal 42 drosselt bzw. sperrt.
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Die Ventilnadel 44 mit dem Anker 45, dem Elektromagneten 45 und der
Feder 47 bilden ein Vorsteuerventil 54, das zur Betätigung des Steuerschiebers uiid
damit der ganzen Einspritzvorrichtung dient.
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Wenn sich im Betrieb der Steuerschieber 3 in der Stellung befindet,
die in der Fig.1 dargestellt ist, ist die Steuerleitung 4 mit der Entlastungsleitung
5 verbunden.
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In der Steuerleitung 4 herrscht ein durch das Druckregelventil 34
bestimmter Standdruck, der einige wenige bar betragen kann. Der in der Brennstoffleitung
20 wirkende Druck des Brennstoffes, welcher über 1000 bar betragen kann, überwindet
durch seine Einwirkung auf die Stirnfläche 17 des Kolbens 16 die auf die untere
Fläche des Kolbens 12 wirkende Druckkraft des Steuermediums und gleichzeitig auch
die auf das untere Ende der Ventilnadel 7 wirkende Druckkraft des Brennstoffes.
Das Einspritzventil ist, wie in der Fig.1 dargestellt, geschlossen.
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Der von der Steuerdruckquelle 2 gelieferte Steuerdruck wirkt einerseits
auf die untere Ringfläche des Vorsprunges 28, andererseits auf die obere Stirnfläche
53 des
Kolbenendes 40. Die Stirnfläche 53 ist grösser als die untere
Ringfläche 39, so dass der Schieberkolben 26 in die untere Endlage gedrückt wird.
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Der Steuerdruck des Steuermediums gelangt in den Zylinderraum 41
durch den axialen Kanal 48 und den Drosselkanal 50. Wie aus der Fig.l hervorgeht,
ist die untere Endlage des Schieberkolbens 26, die in der Fig.1 dargestellt ist,
dadurch bestimmt, dass die Steuerkante 51 den Drosselkanal 50 verschliesst und ein
weiteres Nachströmen des hydraulischen Steuermediums in den Zylinderraum 41 verhindert.
Dadurch wird ein metallischer Anschlag des Schieberkolbens 26 gegen einen seine
Bewegung begrenzenden Teil vermieden.
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Wenn nach der Fig.2 durch eine Erregung des Elektromagneten 4G die
Ventilnadel 44 angehoben und damit das Vorsteuerventil 54 geöffnet wird, sinkt schlagartig
der im Zylinderraum 41 wirkende Druck. Die auf die Ringfläche 39 wirkende Druckkraft
des hydraulischen Steuermediums bewegt den Schieberkolben 26 nach oben. Die Endstellung
des Schieberkolbens 26 ist dadurch bestimmt, dass die Stirnfläche 53 die Ausströmung
aus dem Zylinderraum 41 in die Entlastungsleitung 43 so weit drosselt, dass sich
im Zylinderraum 41 ein Druck aufbaut, der mit seiner Druckkraft der auf die Ringfläche
39 wirkenden Druckkraft entgegenwirkt. Der dabei zwischen den
Flächen
52 und 53 entstehende Drosselspalt S ist unter anderem durch den Querschnitt des
Drosselkanales 50 bestimmt. Durch diese Massnahme wird ein metallischer Anschlag
des Schieberkolbens 26 auch in der oberen Endlage verhindert.
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Bei dieser In der Fig.2 dargestellten Sldstellung des Schieberkolbens
26 ist die Steuerleitung 4 mit der Druckleitung 24 der Steuerdruckquelle 2 verbunden.
Die Verbindung der Steuerleitung 4 mit der Entlastungsleitung 5 ist unterbrochen.
Der auf diese Weise erhaltene Druckanstieg in der Steuerleitung 4 hat zur Folge,dass
die auf die untere Fläche des Kolbens 12 im Einspritzventil wirkende Kraft des Steuerdruckes
des Steuermediums die auf den Kolben 16 und die Ventilnadel 7 wirkende Druckkraft
des Brennstoffes überwindet, so dass die Ventilnadel die Strömung des Brennstoffes
aus der Brennstoffleitung 20 bzw.
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dem Speicher 21 durch den Kanal 8 zu den Düsen 10 freigibt.
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Der Einspritzvorgang beginnt.
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Das Ende des Einspritzvorganges wird durch eine Entregung des Elektromagneten
46 bestimmt. Die Ventilnadel 44 verschliesst darauf den Abflusskanal 42 und der
im Zylinderraum 41 sich aufbauende Druck des Steuermediums bewegt den Schieberkolben
26 in die Stellung nach der Fig.1,
in welcher die Verbindung der
Steuerleitung 4 mit der Druckleitung 24 unterbrochen ist und ihre Verbindung mit
der Entlastungsleitung 5 wieder hergestellt ist.
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Obwohl in der Zeichnung das Vorsteuerventil 54 als elektromagnetisches
Ventil dargestellt wurde, versteht es sich, dass es auch mechanisch betätigbar sein
kann.